RU2014635C1

RU2014635C1 - Scintillation detector

Info

Publication number: RU2014635C1
Authority: RU
Inventors: Б.В. Гринев; В.И. Мельник
Original assignee: Институт монокристаллов АН Украины
Priority date: 1991-05-22
Filing date: 1991-05-22
Publication date: 1994-06-15

Abstract

FIELD: scintillation equipment. SUBSTANCE: detector includes scintillator, container and unit of output window with glass. Inner surfaces of components of unit of output window matching glass are made mirror and clearance between them is filled with optically transparent material. Reduced absorption of light in area of matching of glass with container enhances light output by 10% as compared with other known technologies of manufacture of detectors. EFFECT: improved efficiency of scintillation detector. 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к сцинтилляционной технике и может быть использовано при создании конструкции детекторов ионизирующего излучения, выполненных на основе сцинтилляционных кристаллов. The invention relates to scintillation technology and can be used to create the design of ionizing radiation detectors based on scintillation crystals.

Известен детектор, у которого кристалл упакован в герметичный цилиндрический металлический контейнер с нормальными к оси симметрии торцами, один из которых является входным окном детектора, а второй - выходным. Кристалл в таком устройстве со всех сторон, кроме плоскости выходного окна, окружен светоотражающей оболочкой из порошка. Располагается такая оболочка традиционно в зазоре между стенками контейнера и самим кристаллом. Интерес представляет узел выходного окна детектора. Основным элементом последнего является плоское круглое (в виде диска) оптическое стекло, приклеенное к торцу кристалла оптически прозрачным клеем. По диаметру стекло несколько превышает размер кристалла и имеет периферию, выполненную в виде переходящей в коническую цилиндрическую поверхность. К кристаллу стекло обращено своей цилиндрической частью и в этом месте имеет максимальную величину диаметра. Коническая часть своей меньшей вершиной ориентирована в противоположную от кристалла сторону. Цилиндрический участок стекла в основном выполняет центрирующие функции, а также гарантирует требуемый прочностной минимум для края стекла. Коническая поверхность стекла предназначена для закрепления его в контейнере путем завальцовки утонченных краев. Располагается стекло в контейнере с тепловым зазором, а заполнен этот зазор эластичным герметизирующим материалом, например клеем или каучукообразной массой. A known detector, in which the crystal is packed in a sealed cylindrical metal container with ends normal to the axis of symmetry, one of which is the input window of the detector and the second output. A crystal in such a device is surrounded on all sides except the plane of the exit window by a reflective powder sheath. Such a shell is traditionally located in the gap between the walls of the container and the crystal itself. Of interest is the detector output window assembly. The main element of the latter is a flat round (in the form of a disk) optical glass glued to the end of the crystal with optically transparent glue. The diameter of the glass slightly exceeds the size of the crystal and has a periphery, made in the form of passing into a conical cylindrical surface. Glass faces the crystal with its cylindrical part and at this point has a maximum diameter. The conical part with its smaller apex is oriented in the opposite direction from the crystal. The cylindrical section of the glass mainly performs centering functions, and also guarantees the required strength minimum for the edge of the glass. The conical surface of the glass is intended to be fixed in the container by rolling the refined edges. The glass is located in a container with a thermal gap, and this gap is filled with an elastic sealing material, such as glue or a rubbery mass.

Недостатком известной конструкции детектора является значительные световые потери в области сопряжения "стекло - контейнер", так как в этом месте никаких специальных светоотражающих элементов не предусмотрено. A disadvantage of the known detector design is significant light losses in the glass-container interface, since no special reflective elements are provided at this point.

Известно также устройство, в котором для герметизации выходного окна применен клей УП-5-233 ПЭН молочно-белого цвета с наполнителем из двуокиси титана. Такое техническое решение позволило уменьшить светопотери и увеличить световыход практически без усложнения ни самого изделия, ни технологии его изготовления. A device is also known in which glue UP-5-233 PEN of milky white color with a filler of titanium dioxide is used to seal the exit window. Such a technical solution made it possible to reduce light loss and increase light output practically without complicating either the product itself or the technology for its manufacture.

Недостатком этого известного устройства, в силу не удовлетворительных светоотражающих свойств упомянутого клеящего состава, являются светопотери в области сопряжения "стекло - контейнер". The disadvantage of this known device, due to the unsatisfactory retroreflective properties of the aforementioned adhesive composition, is light loss in the glass-container interface.

Целью изобретения является повышение световыхода детектора
Поставленная цель достигается тем, что в сцинтилляционном детекторе, содержащем контейнер и узел выходного окна со стеклом, сопрягающиеся со стеклом внутренние поверхности составляющих узла выходного окна, выполнены зеркальными, а зазор между ними заполнен оптически прозрачным материалом.The aim of the invention is to increase the light output of the detector
This goal is achieved by the fact that in the scintillation detector containing the container and the output window assembly with glass, the internal surfaces of the components of the output window assembly mating with glass are made mirror-like, and the gap between them is filled with an optically transparent material.

Потери сцинтилляцией в области выходного окна обусловлены тремя механизмами. Это френелевское отражение, полное внутреннее отражение и поглощение. Френелевское отражение уменьшается путем введения в узел выходного окна элемента оптической связи. Полное внутреннее отражение можно уменьшать, как это предложено в известном техническом решении, которое направлено на уменьшение поглощения света в узле вклейки выходного окна. Scintillation losses in the area of the exit window are due to three mechanisms. This is Fresnel reflection, total internal reflection and absorption. Fresnel reflection is reduced by introducing an optical coupling element into the node of the output window. The total internal reflection can be reduced, as proposed in the known technical solution, which is aimed at reducing the absorption of light in the gluing unit of the output window.

В собранном виде контейнер такого детектора в области сопряжения с выходным окном имеет внутреннюю коническую поверхность (в месте завальцовки), которая будучи отполированной до зеркального блеска и имея оптически прозрачный контакт с окном, возвращает попавший на нее свет обратно и тем самым препятствует его поглощению. Из кристалла отраженный контейнером свет снова возвращается на выход - фотокатод ФЭУ. When assembled, the container of such a detector in the interface with the exit window has an internal conical surface (at the place of rolling), which, being polished to a mirror shine and having optically transparent contact with the window, returns the light that has fallen on it back and thereby prevents its absorption. From the crystal, the light reflected by the container returns to the exit again — the photocathode of the PMT.

На чертеже изображено радиальное сечение периферийной части узла выходного окна сцинтилляционного детектора. The drawing shows a radial section of the peripheral part of the node of the output window of the scintillation detector.

П р и м е р. Детектор предлагаемой конструкции содержит кристалл 1, помещенный в металлический контейнер 2 и отделенный от него светоотражающей оболочкой 3 из порошка, например окиси магния, и центрирующим элементом 4 из фторопласта, например качкующегося Ф-4, диффузно отражающим попадающий на него свет. Стекло 5 выходного окна такого детектора имеет с кристаллом 1 оптическую связь 6, например СКТН-МЕД. В контейнере 2 стекло 5 установлено с тепловым зазором, заполненным оптически прозрачным герметиком 7 (ВТ-25-200, УП-4-260). Закреплено стекло 5 в контейнере 2 путем завальцовки утонченного края 8. В этом месте контейнер 2 имеет внутреннюю коническую поверхность, ориентированную меньшим основанием в противоположную от кристалла 1 сторону. Вся внутренняя поверхность контейнера 2 в области его сопряжения с выходным окном 5 еще на стадии изготовления контейнера 2 отполирована до зеркального блеска, а поэтому обладает повышенной способностью отражать свет. Часть 9 теплового зазора между стеклом 5 и утонченным краем 8 контейнера 3, т.е. кольцевой участок возле границы с окружающей средой заполнен клеящим составом с белым наполнителем, например клей УП-5-233 ПЭН с наполнителем из двуокиси магния. PRI me R. The detector of the proposed design contains a crystal 1 placed in a metal container 2 and separated from it by a reflective sheath 3 of powder, for example magnesium oxide, and a centering element 4 of fluoroplastic, for example, rolling F-4, diffusely reflecting the light incident on it. The glass 5 of the exit window of such a detector has an optical connection 6 with crystal 1, for example, SKTN-MED. In the container 2, glass 5 is installed with a thermal gap filled with optically transparent sealant 7 (VT-25-200, UP-4-260). The glass 5 is fixed in the container 2 by rolling the thinned edge 8. At this point, the container 2 has an inner conical surface oriented with a smaller base in the opposite direction from the crystal 1. The entire inner surface of the container 2 in the area of its interface with the exit window 5 is polished to a mirror shine even at the stage of manufacturing the container 2, and therefore has an increased ability to reflect light. Part 9 of the thermal gap between the glass 5 and the thinned edge 8 of the container 3, i.e. the annular section near the border with the environment is filled with an adhesive with a white filler, for example glue UP-5-233 PEN with a filler of magnesium dioxide.

Поскольку заполнение 7 теплового зазора между стеклом 5 и контейнером 2 оптически прозрачное, то попадающий в него свет беспрепятственно достигает внутренних зеркальных поверхностей контейнера 2 и отражается от них. Тем самым уменьшается поглощение света в области сопряжения стекла 5 с контейнером 2. Молочно-белый участок 9 заполнителя упомянутого зазора располагается на границе с окружающей средой и препятствует бесполезному выходу света из изделия, минуя его выходное окно (стекло 5), или (что то же самое), минуя фотокатод ФЭУ. Since the filling 7 of the thermal gap between the glass 5 and the container 2 is optically transparent, the light entering into it freely reaches the internal mirror surfaces of the container 2 and is reflected from them. This reduces the absorption of light in the interface between the glass 5 and the container 2. The milky-white portion 9 of the filler of the said gap is located on the border with the environment and prevents the useless exit of light from the product, bypassing its exit window (glass 5), or (which is the same the most), bypassing the photocathode of the PMT.

Было изготовлено 9 контейнеров типа СДН.30.30,30, у трех из которых выходное окно было вклеено на ЭД-20, у трех - на УП-5-233 ПЭН, а у трех - в соответствии с предложенным техническим решением. В указанные контейнеры поочередно переупаковывались 3 сцинтиллятора NaI(Tl). Nine containers of type SDN.30.30.30 were manufactured, for three of which the exit window was glued onto the ED-20, in three on the UP-5-233 PEN, and in three according to the proposed technical solution. Three scintillators of NaI (Tl) were repackaged into the indicated containers in turn.

Результаты экспериментов представлены в таблице. The experimental results are presented in the table.

Снижение поглощения света в области сопряжения стекла 5 с контейнером 2 увеличивает световыход на 10% и более по сравнению с известными технологиями изготовления детекторов. Reducing light absorption in the interface between the glass 5 and the container 2 increases the light output by 10% or more compared with the known technologies for the manufacture of detectors.

Claims

A SCINTILLATION DETECTOR containing a container and an exit window assembly with glass, characterized in that, in order to increase the light output, the inner surface of the container in the area of its conjugation with the glass is mirror-shaped, and the gap between them is filled with optically transparent material.